Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung und Werkstück beschichtet nach dem Verfahren

Abstract

 Zur Beschichtung von Werkstückgrundkörpern (3) mit einem kerami­schen, elektrisch nicht leitenden Material wird während des Beschichtungs­vorgangs eine pulsierende Gleichspannung an die Grundkörper (3) oder de­ren Halter (36) gelegt. Vorzugsweise wird die Pulshöhe von hohen negati­ven Werten auf kleinere negative Werte während des Bedampfens verändert.
Auf die derart beschichteten Werkstücke kann eine weitere Schicht aufgebracht werden, wodurch diese Werkstücke sich aufgrund ihrer ausge­zeichneten Korrosionsresistenz als Schmuckstücke, welche insbesondere Meerwasser und Körperschweiß ausgesetzt werden können, als Wälzkörper, bei denen auf Öl oder Fett als Korrosionsschutz verzichtet werden kann, und als Trenn- und Schneidwerkzeuge für organische Materialen vorzüglich eignen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Beschich­tung, gemäß dem Oberbegriff des Patentnspruchs 1 und ein Werkstück be­schichtet nach dem Verfahren, gemäß dem Oberbegriff des Patentan­spruchs 10.

[0002] Das Aufbringen einer keramischen Schicht aus Oxyden, Nitriden, Oxynitriden und Karbiden auf einem Werkstück (Substrat) ist aus der CH-PS 664 163 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wurde in einer Va­kuumkammer mittels eines Niedervoltbogens aus einem Tiegel ein Oxyd- oder Nitridbildner in einer Stick- oder Sauerstoffatmosphäre verdampft. Das Werkstück wurde auf einem Halter elektrisch isoliert gehalten. Infolge der während des Betriebs der Anlage aufrechterhaltenen elektrischen Gas­entladung lud sich der Halter mit den Werkstücken während der Kondensa­tion des Dampfes auf ein negatives Potential auf, was bewirkte, daß posi­ tive Ionen aus dem aktiven Dampf und dem Restgas (Plasma) auf die Werk­stücke hin beschleunigt wurden.

[0003] Ein weiteres Verfahren zum Aufbringen einer keramischen Borni­tridschicht ist aus der Veröffentlichung von K. Inagawa et al., "Prepara­tion of cubic boron nitrid film by activated reactive evaporation with a gas activation nozzle", J.Vac.Sci.Technol.A 5 (4), Jul/Aug 1987, PP. 2696 - 2700, bekannt. An eine Gaseinlaßöffnung wurde eine positive Spannung angelegt, um das für die Erzeugung der keramischen Schicht verwendete reaktive Gas zu aktivieren. Ferner wurde eine Wechselspannung im Zehn­megahertzberelch an die Werkstücke angelegt, um die Ionen des eingelasse­nen Gases auf die Werkstücke zu beschleunigen.

[0004] Mit dem bekannten Verfahren ließen sich isolierende Schichten so­wohl auf leitende, wie auch auf elektrisch isolierende Substrate aufbrin­gen, jedoch ließ die Haftfähigkeit zu wünschen übrig. Wurde mit einer Wechselvorspannung an den Werkstücken gearbeitet, so mußte für eine ausreichende hochfrequenzmäßige Abschirmung der Anlage gesorgt werden; ebenfalls mußte der Abschlußwellenwiderstand, der sich mit der Form, Größe und Anzahl der Werkstücke änderte, in einer zeitaufwendigen Proze­dur an den des Generators zur Erzeugung der Wechselspannung angeglichen werden.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gut haftende Be­schichtung auf einem Grundkörper eines Werkstücks zu schaffen, wobei diese Beschichtung auch als Trennschicht für eine auf ihr aufgebrachte Oberschicht dienen kann, und der Grundkörper durch diese Trennschicht in einer agressiven, korrosiven Umgebung verwendbar ist.

[0006] Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist hinsichtlich des Ver­fahrens durch die im Anspruch 1 und hinsichtlich des Werkstücks herge­stellt nach dem Verfahrens durch die im Anspruch 10 angegebenen Merk­male gekennzeichnet.

[0007] Die Ansprüche 2 bis 9 beschreiben bevorzugte Ausführungsarten des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Ansprüche 11 bis 16 bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Werkstücks.

[0008] Im folgenden wird ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Herstellung einer dekorativen Beschichtung mit Zeichnungen näher erläutert. Die Herstellung beispielsweiser Beschichtungen zur Ver­wendung von Werkstücken als Schneid- oder Trennwerkzeug für organisches Material sowie als Wälzkörper wird anschließend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Beschichtung mit Dekor­schicht und keramischer Trennschicht eines Werkstücks,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine Beschichtung mit Dekor­schicht, keramischer Trennschicht und galvanischer Schicht,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine schematische dargestellte Aufdampfanlage, und

Fig. 4 einen Schnitt durch die Aufdampfanlage in Figur 3 entlang der Li­nie IV - IV, wobei aufgrund einer vorhandenen Rotationssymmetrie nur eine Hälfte der Aufdampfanlage dargestellt ist.

[0009] Eine in Figur 1 dargestellte Dekorschicht 7 liegt auf einer Trenn­schicht 9 aus elektrisch nicht leitendem, keramischem Material über der Oberfläche eines Grundkörpers 3. Die nach dem unten beschriebenen Ver­fahren aufgebrachte Trennschicht 9 ist röntgenamorph, d. h. sie zeigt bei Bestrahlung mit einem Röntgenstrahl auf der der Röntgenquelle abgewand­ten Seite der Trennschicht 9 nur eine annähernd gaußsche Intensitätsver­tellung mit einem Strahlungsmaxima in der Strahlmitte; es ist keine Fern­feldordnung (kein Debye-Scherrer- Diagramm) zu erkennen. Eine röntgen­amorphe Beschichtung wird durch eine tiefe Beschichtungstemperatur er­reicht. Eine tiefe Beschichtungstemperatur ergibt sich, indem die beim un­ten beschriebenen Verfahren verwendeten elektrischen Leistungen so nie­drig gehalten werden, daß keine Kristallbildung erfolgt.

[0010] Die Dekorschicht 7 als oberste Schicht besteht im wesentlichen aus Gold.

[0011] Die Trennschicht 9 besteht aus einem elektrisch nicht leitendem, keramischen Material, dessen Schichtdicke je nach verwendetem Material und Einsatzgebiet zwischen 0,2 und 5 µm liegt. Unter einem keramischen Material wird eine chemische Verbindung verstanden, die in ihrer soliden Form als Keramik bekannt ist, d. h. der Aufbau der Trennschicht 9 kann somit auch amorph sein. Die Trennschicht 9 enthält im wesentlichen Sili­ziumnitrid Si₃N₄ und Siliziumoxyd SiO₂, wie unten beschrieben.

[0012] Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielsweisen Aufdampfanlage zur Erzeugung einer dekorativen Beschichtung mit dem er­findungsgemäßen Verfahren. Die Aufdampfanlage hat eine Vakuumkammer 19 mit einem Evakuierungsanschluß 20 und eine Glühkathodenkammer 21 mit einer Glühkathode 22, die über eine Öffnung 25 mit der Vakuumkammer 19 verbunden ist. Der die Öffnung 25 beinhaltende Boden 26 der Glühkatho­denkammer 21 ist gegenüber den Wänden der Vakuumkammer 19 elektrisch isoliert. Die Glühkathode 22 wird von einem Stromversorgungsgerät 27 ge­speist. Unterhalb der Öffnung 25 befindet sich über dem Boden 29 der Va­kuumkammer 19 ein kühlbarer Tiegel 30, in dem Silizium 31 als Nitrid­bildner liegt. Das Silizium 31 ist mit einer verschiebbaren Blende 33 ab­deckbar. In der Vakuumkammer 19 sind sechs um die Längsachse drehbare, elektrisch leitende Träger 35, von denen vier in Figur 4 angedeutet sind, vorhanden, an denen die zu beschichtenden Grundkörper 3 aus Stahl an je einer Halterung 36 gehalten werden. Die Träger 35 sind um ihre Achse drehbar auf einem Drehteller 37 angeordnet und durch diesen untereinan­der elektrisch verbunden. Der Drehteller 37 ist gegenüber dem Boden 29 und den Wänden der Vakuumkammer 19 elektrisch isoliert. Die Halterun­gen 36 sind mit den Trägern 35 elektrisch leitend verbunden. Die an den Halterungen 36 gehaltenen Grundkörper 3 sind mit einer in Figur 3 und 4 schematisch dargestellten Blende 34 gegenüber dem Silizium 31 im Tie­gel 30 abdeckbar.

[0013] In die Glühkathodenkammer 21 mündet eine Gaszuleitung 39, die über die Öffnung 25 mit der Vakuumkammer 19 verbunden ist. Je eine schematisch dargestellte Magnetspule 43 befindet sich gerade oberhalb des Bodens 29 und am Anschluß eines Deckelteils 45 der Vakuumkammer 19 zur Erzeugung eines annähernd parallelen vertikalen Magnetfelds.

[0014] Der Drehteller 37 ist über einen nicht dargestellten, gleitenden Kontakt, eine elektrische Leitung 47 und einen geschlossenen Schalter 46 mit einem einstellbaren Spannungsgenerator 48, dessen anderer Pol geerdet ist, verbunden.

[0015] In den vertikalen Wänden der Vakuumkammer 19 sind sechs Vor­richtungen 49 zur Kathodenzerstäubung angeordnet, von denen drei in Fi­gur 4 dargestellt sind. Die Vorrichtung 49 ist mit einem nicht dargestell­ten Wärmetauscher zur Kühlung versehen. Innerhalb eines Rings 50 liegt ein von ihm isoliertes Target 51 aus Gold, welches mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle 53 verbunden ist. Der positive Pol der Spannungs­quelle 53 ist mit den Wänden der Vakuumkammer 19 und dem Ring 50 ver­bunden. Die Glühkathode 22 und der Tiegel 30 sind über elektrische Lei­tungen mit einem Stromversorgungsgeräten 27 und 32 verbunden.

[0016] Zur Herstellung obiger Beschichtung werden die Grundkörper 3 an den Halterungen 36 der Träger 35 befestigt und Silizium 31 in den Tie­gel 30 gelegt. Anschließend wird die Vakuumkammer 19 geschlossen, eva­kuiert und die zu beschichtenden Oberflächen der Gegenstände 3 entspre­chend einem in der DE-OS 34 06 953 bzw. der CH-PS 658 545 beschriebe­nen Verfahren mit einem Niedervoltbogen 52 erhitzt und entsprechend ei­nem in der CH-PS 631 743 beschrieben Verfahren gereinigt. Die Blende 33 hebeckt währenddessen das Silizium 31 im Tiegel 30.

[0017] Zum Schmelzen des Siliziums 31 wird die Blende 33 derart verscho­ben, daß das Silizium 31 frei liegt. Die Blende 34 wird vor die Grundkör­per 3 geklappt, wie in Figur 3 dargestellt, um eine Beschichtung mit Sili­zium bei dessen Schmelzen zu vermeiden. Der Niedervoltbogen 52 brennt jetzt von der Glühkathode 22 zum Silizium 31 im Tiegel 30 mit einer Bo­genspannung von 90 V und einem Strom von 60 A, wobei bei Erreichen des Schmelzpunktes die Spannung auf 70 V abfällt und der Strom auf 200 A aufgrund der mit der Temperatur sich erhöhenden Leitfähigkeit des Silizi­ums 31 ansteigt.

[0018] In einem folgenden ersten Verfahrensschritt wird die Stromstärke des Niedervoltbogens 52 auf 200 A bei einer Bogenspannung von 70 V ge­ halten. Hierdurch wird Silizium 31 aus dem Tiegel 30 in den gasförmigen Zustand überführt und teilweise ionisiert.

[0019] In einem zweiten Verfahrensschritt wird in die beim Reinigungsvor­gang verwendete Argonatmosphäre Stickstoff durch die Gaszuleitung 39 eingelassen, der durch den Niedervoltbogen 52 teilweise ionisiert wird. Gleichzeitig wird die Blende 34 vor dem Grundkörper 3 weggeklappt. Der teilweise ionisierte Stickstoff und das teilweise ionisierte Silizium verei­nigen sich auf der Oberfläche der Grundkörper 3 zu Si₃N₄ und bleiben auf ihr haften. Auch während dieses Verfahrensschritts rotieren die Grundkör­per 3.

[0020] Während dieses zweiten Verfahrensschrittes beträgt der Partialdruck des Argons 4·10⁻² Pa und der des Stickstoffs 3·10⁻² Pa. An den Trä­gern 35 liegt eine pulsierende Gleichspannung mit einer Periodendauer von 10 µs. Zu Beginn dieses Verfahrensschrittes liefert der Spannungsgenera­tor 48 negative Pulse mit einem Tastverhältnis von 80%, d. h. die Puls­breite der negativen Pulse beträgt 8 µs bei einer Periodendauer von 10 µs. In den auf die 8 µs folgenden 2 µs sind die Träger 35 über den Span­nungsgenerator 48 geerdet. Die Pulshöhe beträgt zu Beginn des Verfahrens - 200V und wird während dieses Verfahrensschritts derart zu kleineren negativen Werten verringert, daß sie gegen Ende bei - 10 V liegt.

[0021] Ist eine Schichtdicke der Trennschicht 9 von 1 µm aufgebracht, wird das im Tiegel 30 befindliche Silizium 31 abgedeckt, der Niedervoltbo­gen 52 und der Spannungsgenerator 32 ausgeschaltet, der Schalter 46 ge­öffnet und der Stickstoffzufluß unterbrochen. Die Spannungsquelle 53 wird eingeschaltet und hierdurch der Vorgang des Sputterns des Goldes vom Target 51 in Gang gesetzt. Die Grundkörper 3 sind elektrisch floatend. Ist eine Goldschichtdicke von 200 Å auf der Trennschicht 9 niedergeschlagen, wird die Spannungsquelle 53 ausgeschaltet. Die Vakuumkammer 19 wird ge­flutet und anschließend zur Entnahme der dekorativ beschichteten Gegen­stände 1 geöffnet.

[0022] Anstelle von Gold lassen sich auch andere Materialien als Dekor­schicht 7 sputtern, wie z. B. Silber oder TiOCN für einen schwarzen Belag Auch kann das Material der Dekorschicht 7 mittels Ionenplattieren mit dem Niedervoltbogen 52 anschließend an das Verdampfen von Silizium 31 ver­dampft werden. In diesem Fall wird ein (nicht dargestellter) Tiegel mit Si­lizium ind einem weiteren Material, z. B. Titan zur Herstellung einer gold­farbenen Titannitridschicht verwendet. Das jeweils nicht zu verdampfende Material im Tiegel wird dann mit der Blende 33 abgedeckt. Anstelle von Titan können auch andere Metalle verdampft werden, die dann anstelle in einer Stickstoffatmosphäre in einer Sauerstoffatmosphäre zu farbigen Me­talloxyden oxydiert werden.

[0023] Als Dekorschicht 7 werden hauptsächlich Gold- und Silberschichten mit einer Schichtdicke von mindestens 100 Å oder goldfarbene Verbundbe­schichtungen im wesentlichen aus Nitriden der Elemente der Gruppe IVb (Titan, Zirkon, Hafnium) und der Gruppe Vb (Vanadium, Niob, Tantal) oder VIb (Chrom, Molybdän, Wolfram), wie in der DE-PS 37 28 836 beschrieben, verwendet. Es kann aber auch eine Hartstoffschicht, in die während des Beschichtungsvorgangs Gold eingelagert wird, verwendet werden. Es werden auch Hartstoffschichten mit eingelagerten farbigen Metalloxyden oder far­bige Metalloxyde allein eingesetzt. Die Hartstoffschicht besteht im wesent­lichen aus einem Nitrid, Karbid, Oxynitrid, Borid eines Elementes der Gruppe IVb, Vb oder VIb des Periodensystems oder des Siliziums oder deren Mischungen; auch kann eine Hartstoffschicht verwendet werden, die im we­sentlichen harten Kohlenstoff iC enthält.

[0024] Es kann auch gleichzeitig zum Sputtern des Goldes oder eines an­deren Materials eine Ionenplattierung erfolgen, worauf sich als Dekor­schicht 7 eine Mischschicht bildet.

[0025] Zur Erzeugung einer schwarzen Dekorschicht mit z. B. in einer iC-­Matrix eingelagertem Titankarbid wird mittels einer Bogenentladung in ei­nem PVD-Verfahren Titan in einer reaktiven Atmosphäre, die Kohlenstoff abgibt (z. B. Azethylen), verdampft, wobei gegen Ende des Bedampfungs­vorgangs der Partialdruck des Kohlenstoff abgebenden Gases zur Erzeugung der iC-Matrix gesteigert wird.

[0026] Es kann das Material der keramischen Trennschicht 9 auch mit ei­nem Elektronenstrahl, durch eine Kathodenzerstäubung (Sputtern), eine plasmaunterstütze Verdampfung oder eine kathodische Bogenverdampfung in den gasförmigen Zustand überführt werden.

[0027] Statt für die keramische Trennschicht 9 Si₃N₄ zu verwenden, kann auch SiO₂ oder Si_xO_yN₂ verwendet werden. Die keramische Trennschich­ten 9 aus SiO₂ oder Si_xO_yN_z wird analog zu dem bereits oben geschilder­ten Verfahren aufgebracht. Bei keramischen Trennschichten 9 aus Si_xO_yN_z wird mit einem Partialdruck von 3·10⁻² Pa Argon, 1·10⁻² Pa Sauerstoff und 3·10⁻² Pa Stickstoff gearbeitet. Es kann auch eine Trennschicht 9 aus einem Oxyd und/oder Nitrid des Aluminiums, einem Oxyd eines Elements der Gruppe IVb (Titan, Zirkon, Hafnium), Vb (Vanadium, Niob, Tantal), VIb (Chrom, Molybdän, Wolfram) oder des Chroms oder aus Mischungen dieser Stoffe oder Mischungen dieser Stoffe mit einem Oxyd, Nitrid oder Oxyni­trids des Siliziums erfolgen.

[0028] Anstelle den nicht mit der Leitung 47 verbundenen Pol des Span­nungsgenerators 48 zu erden, kann er auch an den Tiegel 30 oder an Ano­denpotential des Niedervoltbogens 52 angeschlossen werden. Anstelle die Pulshöhe von - 200 V auf - 10 V zu verändern, kann auch die Pulsbreite verkleinert werden; es kann auch die Pulsbreite und die Pulshöhe verän­dert werden.

[0029] In einer Variante der Aufdampfanlage sind die Halterungen der Grundkörper gegeneinander und gegenüber der Vakuumkammer 19 isoliert. Sie sind direkt über einen (nicht dargestellten) Kontakt und eine elektri­sche Leitung mit dem einstellbaren Spannungsgenerator 48 verbunden.

[0030] Anstelle Stickstoff durch die Gaszuleitung 39 einzulassen, kann auch eine (nicht dargestellte) separate Leitung an einem anderen Ort der Vakuumkammer 19 verwendet werden.

[0031] Die Blende 33 wird aus elektrisch isolierendem Material hergestellt oder isoliert gegenüber der Vakuumkammer 19 und dem Tiegel 30 gehaltert. Sie kann aber auch aus einem Material mit einem hochohmigen elektrischen Widerstand bestehen oder mit einer hochohmigen Materialschicht überzogen oder hochohmig mit der Vakuumkammer 19 verbunden sein, um eine elek­trische Aufladung, auch aus Sicherheitsgründen, weitgehend zu vermeiden.

[0032] Werden mittels der Bogenentladung 52 nacheinander zwei oder meh­rere unterschiedliche Materialien in den gasförmigen Zustand übergeführt, so können anstelle der Blende 33 auch mehrere gegeneinander und gegen­über der Vakuumkammer 19 elektrisch isolierte als Wechseltiegel bezeich­nete Tiegel verwendet werden, welche je nach Bedarf mit dem einen Pol der Spannungsquelle 32 als Elektrode für die Bogenentladung verbunden werden. Zusätzlich zur Herstellung der jeweiligen elektrischen Verbindung kann der betreffende Wechseltiegel auch noch an einen für die Bogenentla­dung und die Beschichtungsrate vorteilhaften Ort bewegt werden.

[0033] Bei einem zum Grundkörper 3 analogen Grundkörper 3b aus Messing befindet sich, wie in Figur 2 dargestellt, eine galvanische Schicht 16 mit einer Schichtdicke von 2 µm aus Nickel direkt auf der Oberfläche des Grundkörpers 3b. Die galvanische Schicht 16 wird auf die Oberfläche des Grundkörpers 3b unmittelbar nach dessen Fertigstellung und Oberflächen­reinigung aufgebracht, um ein späteres Anlaufen während des Fertigungs- und Transportvorgangs zu vermeiden. Über dieser galvanischen Schicht 16 liegt eine den keramischen Trennschichten 9 entsprechende keramische Trennschicht 9b und über dieser eine den Dekorschichten 7 entsprechende Dekorschicht 7b.

[0034] Eine Beschichtung erfolgt hier analog zu den bereits oben geschil­derten Verfahren mit dem Unterschied, daß hier nicht die Oberfläche des Grundkörpers 3, sondern die auf ihm haftende galvanische Schicht 16 ge­reinigt wird.

[0035] Bei den erfindungsgemäß beschichteten Grundkörpern 3 erhöht die keramische Trennschicht namentlich die Korrosionbeständigkeit drastisch. Dieses Ergebnis ist namentlich insofern überraschend, als bis jetzt bei mittels PVD aufgebrachten Schichten gewöhnlich "pin holes", die einer Kor­rosionsbeständigkelt entgegenwirken, beobachtet wurden.

[0036] Da bei dem erfindungsgemäß beschichteten Grundkörper 3 die harte Schicht unterhalb der Dekorschicht liegt, kann zwar bei einem harten Schlag auf den Grundkörper die Trennschicht 9 Risse erhalten. Diese Risse bleiben aber unsichtbar, da sie von der Dekorschicht 7 überdeckt werden. Das dekorative Aussehen wird somit nicht beeinflußt.

[0037] Treten große und rasche Temperaturschwankungen bei der Verwen­dung eines dekorativ beschichteten Gegenstands 12 auf, so wird auf dem Grundkörper 3 zusätzlich zu einer zur Dekorschicht 7 analogen Dekor­schicht und einer zur keramischen Trennschicht 9 analogen keramischen Trennschicht eine zusätzliche Schicht unterhalb der keramischen Trenn­schicht aufgebracht. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des verwende­ten Materials liegt zwischen dem des Grundkörpers 3 und dem der kerami­schen Trennschicht. Der Ausdehnungskoeffizient der Dekorschicht muß nicht berücksichtigt werden, da sie dünner als die keramische Trennschicht ist.

[0038] Bei einer Dekorschicht mit einer Dicke von 200 Å Gold, einer 1 µm dicken keramischen Trennschicht aus Si₃N₄ und einem Grundkörper 3 aus Stahl St 37 wird beispielsweise eine 0,5 µm dicke thermische Trennschicht. aus SiO₂ aufgebracht.

[0039] Die thermische Trennschicht wird analog zu den oben geschilderten Verfahren in einer analogen oder gleichen Aufdampfanlage aufgebracht.

[0040] Es wird jedoch nach dem Reinigen und Aufheizen nicht sofort Stickstoff, sondern Sauerstoff eingeleitet und ebenfalls Silizium mit dem Niedervoltbogen verdampft. Auf der Oberfläche der Grundkörper 3 schlägt sich SiO₂ nieder. Es wird mit einem Sauerstoffpartialdruck von 4·10⁻² Pa, einem Argonpartialdruck von 3·10⁻² Pa und einer Spannung des Nieder­voltbogens 52 von 65 V bei einem Strom von 160 A gearbeitet. Ist eine Schichtdicke von 0,5 µm aufgewachsen, wird die Sauerstoffzufuhr gestoppt und Stickstoff eingeleitet und entsprechend dem oben beschriebenen Ver­fahren mit den oben erwähnten Daten für den Niedervoltbogen 52 weiter­gearbeitet. An die Träger 35 wird ebenfalls eine gepulste Gleichspannung mit einer Periodendauer von etwa 10 µs angelegt, wobei zu Beginn dieses Verfahrensschrittes der Spannungsgenerator 48 negative Pulse mit einer Pulsbreite von 8 µs und einer Amplitude von -200 V und gegen Ende des Beschichtungsvorgangs von SiO₂ und Si₃N₄ von -10 V liefert und in den jeweils folgenden 2 µs die Träger 35 erdet.

[0041] Wird anstelle der Dekorschicht 7 eine Hartschicht aufgebracht, die im wesentlichen aus einer Verbinding des Stickstoffs, Kohlenstoffs oder Bors mit einem Metall der Gruppe IVb, Vb, VIb oder aus Siliziumkarbid oder Mischungen dieser Stoffe gebildet ist, so eignen sich die derart beschich­teten Werkstücke ausgezeichnet als Werkzeug oder Instrumente zum Schnei­den und/oder Trennen von organischem Material. Die Werkzeuge lassen sich insbesondere als Vulkanisierformen, Plastikspritzgußformen, Messer zum Be­arbeiten von Fleisch und als chirurgische Instrumente, welche zusätzlich eine ausgezeichnete Resistenz gegenüber Desinfektionsmitteln und Sterili­sationsvorgängen besitzen, verwenden Derart beschichtete Gegenstände lassen sich auch mit ausgezeichneten Eigenschaften als Implantate im menschlichen Körper verwenden.

[0042] Anstelle der Dekorschicht 7 kann auch eine Gleitschicht aufge­bracht werden und die derart beschichteten Werkstücke als Wälzkörper verwendet werden. Die Gleitschicht besteht aus einem Gemisch von in sta­tistischer Verteilung aufgestäubten Teilen aus mindestens einem eine fest zusammengefügt Matrix bildenden metallischen Werkstoff und mindestens einer Art von metallischen Werkstoffpartikeln mit einem statistischen Durchmesser kleiner 0,8 µm und einem niedrigeren Schmelzpunkt als der Matrixwerkstoff. Die Werkstoffpartikel sind im festem Zustand praktisch nicht im Werkstoff der Matrix löslich. Die in der Matrix unlöslichen Werk­stoffpartikel bestehen im wesentlichen aus Zinn, Blei, Indium oder Zink. Der die Matrix bildende Werkstoff ist eine Legierung im wesentlichen aus Aluminium, Chrom, Nickel, Magnesium oder Kupfer. Als Gleitschicht lassen sich ferner metallische Chalkogenide (z. B. Niobdiselenid, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid) verwenden. Die Gleitschicht hat eine Dicke, die das zwei bis zehnfache der Trennschicht 9 beträgt und wird bevorzugt mittels Ka­thodenzerstäubung aufgebracht. Aufgrund des ausgezeichneten Korrosions­schutzes durch die Trennschicht 9 kann bei den erfindungsgemäß beschich­teten Wälzkörpern auf Öl oder Fett als Korrosionsschutz verzichtet werden. Die für Wälzkörper geforderte hohe Flächenpressung ist bei den erfin­dungsgemäßen Wälzkörpern gegeben.

[0043] Bestehen die Grundkörper, wie oben beschrieben, nicht aus einem elektrisch leitenden Material, sondern aus einem isolierenden Material, wie z. B. aus Glas, so wird die Periodendauer der an die Halterung 36 der Grundkörper gelegten pulsierenden Gleichspannung verringert oder durch eine Wechselspannung entsprechend hoher Frequenz (etwa 13 MHz) ersetzt.

[0044] Da bei dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren mit einer pulsierenden Gleichspannung anstelle einer Wechselspannung gearbei­tet wird, kann durch Veränderung der Taktzeit die Zeit, in der die Ionen auf das Werkstück fallen, eingestellt und optimal angepaßt werden; eben­falls ist die Energie mit der die Ionen "angezogen" werden, einstellbar.

[0045] Von der maschinentechnischen Seite her kann eine mit pulsierender Gleichspannung arbeitende Aufdampfanlage einfacher aufgebaut werden, da auf eine Abschirmung der Zuleitung der pulsierenden Gleichspannung zu den Werkstücken im Gegensatz zur bekannten Wechselspannung verzichtet werden kann; auch entfällt das zeitaufwendige Nachstellen des Abschluß­widerstands der elektrischen Zuleitung bei der Verwendung der pulsierende Gleichspannung. Bei der Verwendung einer Wechselspannung mußte der Ab­schlußwiderstand, der sich durch die Art der Werkstücke, des Halters und deren Anzahl ergab, auf den Wellenwiderstand des Zuleitungskabels ange­paßt werden, um eine Leistungsabstahlung zu vermeiden, einen möglichst hohen Amplitudenwert an den Werkstücken zu erhalten und um den Wech­selspannungsgenerator nicht zu überlasten.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung mit einem keramischen, elektrisch nicht leitenden Material auf einer Oberfläche eines gegen­über einer Vakuumkammer (19) isoliert gehaltenen Grundkörpers (3) eines Werkstücks (1), wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Oxyd- und/oder Nitridbildner (31) in den gasförmigen Zustand über­geführt und wenigstens teilweise ionisiert wird, und in einem zweiten Verfahrensschritt Stickstoff und/oder Sauerstoff eingeleitet und wenig­stens teilweise ionisiert wird, worauf sich auf der Oberfläche des Grundkörpers (3) eine Schicht (9) aus einer Verbindung des Oxyd- bzw. Nitridbildner (31) und des Stickstoffs und/oder des Sauerstoffs nieder­schlägt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest während des zweiten Verfahrensschritts eine pulslerende Gleichspannung, an den Grundkör­per (3) und/oder dessen Halter (36) gelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastver­hältnis der pulsierenden Gleichspannung zwischen 20 und 90%, bevor­zugt zwischen 60 und 90% eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer der pulsierenden Gleichspannung auf einige Mikrosekun­den, bevorzugt auf annähernd zehn Mikrosekunden, eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulshöhe der pulsiperenden Gleichspannung beginnend mit einem hohen negativen Spannungswert auf einen geringen negativen Wert verändert und zwischen den Pulsen der Grundkörper (3) und/oder des­sen Halter (36) geerdet oder auf das Potential des noch nicht in den gasförmigen Zustand überführten Oxyd- bzw. Nitridbildners (31) oder auf Anodenpotential einer Bogenentladung (52) zur Überführung des Oxyd- bzw. Nitridbildners (31) in den gasförmigen Zustand gelegt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Verbindung des Oxyd- bzw. Nitridbildner (31) und des Stickstoffs und/oder des Sauerstoffs niedergeschlagene Schicht als Trennschicht (9) erzeugt wird, auf die in einem dritten Verfahrens­schritt eine Oberschicht (7) niedergeschlagen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überführung des Oxyd- und/oder Nitridbildners (31) in den gasförmigen Zustand und zu dessen wenigstens teilweiser Ionisierung sowie zur wenigstens teilweisen Ionisierung des Stickstoffs und/oder Sauerstoffs eine Bogenentladung (52) verwendet wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxyd- bzw. Nitridbildner (31) und ein im dritten Verfahrens­schritt in den gasförmigen Zustand zu überführendes Material für die Bildung der Oberschicht (7) in je eine Vertiefung eines als Elektrode für die Bogenentladung (52) geschalteten, unterteilten Tiegels gelegt wird, und während des zweiten Verfahrensschrittes das Material für die Bildung der Oberschicht (7) und während des dritten Verfahrens­schrittes der Oxyd- bzw. Nitridbildner (31) mit einer Blende (33) abgedeckt wird, damit während des zweiten Verfahrensschrittes nur der Oxyd- bzw. Nitridbildner (31) und während das dritten Verfah­rensschrittes nur das Material mittels der Bogenentladung (52) in den gasförmigen Zustand übergeführt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxyd bzw. Nitridbildner (31) und ein im dritten Verfahrens­schritt in den gasförmigen Zustand zu überführendes Material für die Bildung der Oberschicht (7) in je einen Wechseltiegel gelegt werden, und der Wechseltiegel mit dem Oxyd- bzw. Nitridbildner während des zweiten Verfahrensschrittes und der Wechseltiegel mit dem Material für die Bildung der Oberschicht (7) während des dritten Verfahrens­schrittes als Elektrode der Bogenentladung (52) geschaltet werden, damit während des zweiten Verfahrensschrittes nur der Oxyd- bzw. Nitridbildner und während das dritten Verfahrensschrittes nur das Material mittels der Bogenentladung (52) in den gasförmigen Zustand übergeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Niedervoltbogen (52) als Bogenentladung verwendet wird.

10. Werkstück beschichtet nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Oberschicht (7) und der Oberfläche des Grundkörpers (3) des Werkstücks (1) liegende Trennschicht (9) aus einem keramischen, elektrisch nicht leitenden Ma­terial besteht.

11. Werkstück (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht (9) röntgenamorph ist und insbesondere im wesentlichen aus einem Oxyd, Nitrid oder Oxynitrid des Siliziums besteht.

12. Werkstück (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschlcht (9) eine Schichtdicke von annähernd 0,2 bis 5 µm hat.

13. Werkstück (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Trennschicht (9) unmittelbar auf der Oberfläche des Grundkörpers (3) des Werkstücks (1) und die Oberschicht (7) unmittel­bar auf der Trennschicht (9) liegt.

14. Werkstück (1) nach Anspruch 13 zum bevorzugten Einsatz bei Kontakt des Werkstücks mit Körperschweiß und/oder Meerwasser mit einer De­korschicht (7) als Oberschicht und einer Schichtdicke der Trennschicht (9) von annähernd 0,2 bis 1 µm.

15. Werkstück (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13 zur Verwendung als Schneid- oder Trennwerkzeug für organische Materialien mit einer Kartschicht als Oberschicht (7) und einer Schichtdicke der Trenn­schicht (9) von annähernd 0,2 bis 5 µm.

16. Werkstück (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13 zum bevorzugten Einsatz als Wälzkörper mit einer reibungs- und verschleißmindernden Oberschicht (7) und einer Schichtdicke der Trennschicht (9) von annä­hernd 0,2 bis 3 µm.

Zeichnung